劉蘇波 朱建沖 邱 敏

摘要:維修對(duì)象和維修資源構(gòu)成維修環(huán)境,對(duì)維修對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行模式識(shí)別,建立系統(tǒng)的維修需求模式。維修需求模式與當(dāng)前維修資源狀態(tài)進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析,以確定維修需求與維修資源是否匹配:如果匹配,則說明維修資源可以保證系統(tǒng)現(xiàn)有的維修需求;如果不匹配,則需要對(duì)維修資源進(jìn)行數(shù)量上的調(diào)整。同時(shí),利用維修需求的歷史數(shù)據(jù),對(duì)維修資源元素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,可以求得最優(yōu)的資源配比,以減少維修資源的物流成本。

關(guān)鍵詞:維修需求;資源配置;態(tài)勢(shì)分析;數(shù)據(jù)融合

中圖分類號(hào):E237文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

Abstract: Maintain object and maintain resources composing maintain. Maintains object was carried on mode identification to build up maintain demand mode. Based on situation analysis between the maintain demand and the present maintain resources maintain whether the resources matche the demand. If match, then show that maintain resources can support the system maintain demand. If not, then need to carry on the adjustment on the amount towards maintain resources. In the meantime, the maintain history data go along connection analysis towards maintain resources, which cans get the superior resource ratio and reduce the cost of resources.

Key words: maintain demand; resources deployment; situation analysis; data fusion

0引言

愈來愈復(fù)雜的現(xiàn)代化裝備,要保持平時(shí)的戰(zhàn)備完好性和戰(zhàn)時(shí)優(yōu)良的戰(zhàn)斗恢復(fù)特性,維修資源的合理優(yōu)化配置都是至關(guān)重要的。維修資源的過量配置影響裝備的有效戰(zhàn)斗載荷,造成裝備經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi);備件的缺乏則直接影響到各種維修力量的發(fā)揮,特別是戰(zhàn)場上破損裝備戰(zhàn)斗性能的恢復(fù)。因此如何配置維修資源問題即是經(jīng)濟(jì)問題又是戰(zhàn)斗力恢復(fù)問題。目前研究資源配置最常用的方法有經(jīng)驗(yàn)法(專家法)[1],統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法[2],Monte-Carlo方法[3]亦稱為概率模擬方法,有時(shí)也稱為隨機(jī)抽樣技術(shù)和統(tǒng)計(jì)。本文選用了基于數(shù)據(jù)融合的態(tài)勢(shì)分析方法,通對(duì)過維修需求模式與當(dāng)前維修資源狀態(tài)進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析,以確定維修需求與維修資源是否匹配。

1維修資源配置系統(tǒng)描述

實(shí)施維修資源配置決策結(jié)構(gòu)的目的就在于實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)高效、低成本的維修資源優(yōu)化配置。如圖1所示:

一般情況是,如果被維修系統(tǒng)較龐大,需要將其分解為若干子系統(tǒng)進(jìn)行維修管理。此時(shí)的維修資源配置決策過程將是一個(gè)群決策過程;各個(gè)子系統(tǒng)都會(huì)對(duì)配置決策結(jié)果產(chǎn)生影響;群決策實(shí)際上是一個(gè)維修資源利益在成本約束條件下的均衡過程。

2資源優(yōu)化配置模型

維修資源配置的目的就是要在滿足維修需求的同時(shí)控制維修成本。分析維修需求/維修資源的態(tài)勢(shì)可以保證維修資源在成本或可靠性約束的條件下的最佳配置狀態(tài)。態(tài)勢(shì)分析過程中將維修需求和維修資源看作一個(gè)矛盾的兩個(gè)對(duì)立面,目的是要在競爭的態(tài)勢(shì)下保持對(duì)立面間的平衡,即是從全局出發(fā)把握維修資源。同時(shí),這也是一種快速的整體維修能力的判斷方法。當(dāng)維修需求態(tài)勢(shì)優(yōu)于維修資源態(tài)勢(shì)時(shí),則表明維修能力不足:反之則表明維修能力充足。信息融合態(tài)勢(shì)分析和態(tài)勢(shì)分析專家系統(tǒng)是態(tài)勢(shì)分析流程中最重要的兩部分。態(tài)勢(shì)分析的過程如圖2所示。

(1)從復(fù)雜系統(tǒng)輸入到信息融合態(tài)勢(shì)分析模塊的信息是多路的,路數(shù)由系統(tǒng)受監(jiān)控的狀態(tài)參數(shù)確定。為了從局部信息了解整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài),多路信息需要進(jìn)行融合處理。由于分析過程的不確定性很高,故信息融合態(tài)勢(shì)分析采用了模糊集理論。

如將A看作可能的態(tài)勢(shì)集合,將B看作保障系統(tǒng)中的信息源集合,A與B的關(guān)系矩陣R中的元素μ表示由信息源i推斷態(tài)勢(shì)為j的可能性,X表示各信息源判斷的可信度,用X=x,x,…,x表示;經(jīng)過模糊變換得到的Y就是各態(tài)勢(shì)的可能性,用Y=y,y,…,y表示。具體地,假設(shè)有m個(gè)信息源對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行匯報(bào),而系統(tǒng)可能的態(tài)勢(shì)有n個(gè),則

A=y態(tài)勢(shì)1,y態(tài)勢(shì)2,…,y態(tài)勢(shì)n

B=x信息源1,x信息源2,…, x信息源m

信息源對(duì)各可能態(tài)勢(shì)的判斷用定義在A上的隸屬函數(shù)表示。設(shè)對(duì)系統(tǒng)態(tài)勢(shì)的判斷結(jié)果為:

μ態(tài)勢(shì)1,μ態(tài)勢(shì)2,…,μ態(tài)勢(shì)n0≤μ≤1

即認(rèn)為結(jié)果為態(tài)勢(shì)j的可能性為μ,記為向量μ,μ,…, μ,則m個(gè)信息源構(gòu)成A×B的關(guān)系矩陣為:

R=

將各信息源可信度B用上的隸屬函數(shù)X=x信息源1,x信息源2,…,x信息源m表示,那么,根據(jù)Y=X?R進(jìn)行模糊變換就可以得出Y=y,y,…,y,即綜合判斷后的各態(tài)勢(shì)的可能性為y。對(duì)可能的態(tài)勢(shì)按照一定的準(zhǔn)則進(jìn)行選擇,即可得出最終的結(jié)果。

(2)態(tài)勢(shì)分析本質(zhì)上是非結(jié)構(gòu)化問題。因此,在分析過程中不能完全依靠信息融合態(tài)勢(shì)分析工具。專家經(jīng)驗(yàn)是對(duì)態(tài)勢(shì)分析的必要補(bǔ)充,成為了選擇可能態(tài)勢(shì)的重要準(zhǔn)則之一。在如圖2所示結(jié)構(gòu)中,我們引入了態(tài)勢(shì)分析專家系統(tǒng)以輔助態(tài)勢(shì)分析人員進(jìn)行工作。

(3)維修資源元素關(guān)聯(lián)分析。在特定的維修環(huán)境下,維修資源各元素間存在著一定的關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)本質(zhì)上體現(xiàn)在系統(tǒng)可靠性與各維修資源間的對(duì)應(yīng)關(guān)系上。探討這些關(guān)聯(lián)關(guān)系可以使得維修資源元素的結(jié)構(gòu)更為合理。

對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的維修保障而言,各類維修資源間存在著一定的相關(guān)度。這種相關(guān)度是復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在可靠性在維修資源需求上的外在表現(xiàn)。關(guān)聯(lián)分析有利于從維修資源配置合理性的角度對(duì)系統(tǒng)的可靠性作綜合的評(píng)價(jià),并有利于優(yōu)化維修資源元素的配置比例。維修資源元素是彼此間相互聯(lián)系的數(shù)量范疇,被稱之為相關(guān)變量。研究這些相關(guān)變量間的相互作用程度及其變化趨勢(shì)為揭示保障系統(tǒng)的內(nèi)在可靠性提供了一條途徑。

關(guān)聯(lián)分析可發(fā)現(xiàn)維修資源間的關(guān)聯(lián)規(guī)則(Association Rule),這些規(guī)則體現(xiàn)了屬性一值頻繁地在給定數(shù)據(jù)集中一起出現(xiàn)所需要的條件。這里所說的“數(shù)據(jù)集”就是符合某種系統(tǒng)可靠性狀態(tài)的狀態(tài)信息的容器,“條件”代表了某種系統(tǒng)的可靠性狀態(tài),“規(guī)則”代表了系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)與系統(tǒng)可靠性狀態(tài)間的映射關(guān)系。

維修資源關(guān)聯(lián)規(guī)則可用如下形式描述:

X?圯Y, 即A∧…∧A?圯B∧…∧B

其中Ai∈1,…,m是屬性一值對(duì)。關(guān)聯(lián)規(guī)則X?圯Y可解釋為:滿足X中條件的數(shù)據(jù)庫元組多半也滿足Y中的條件。這種關(guān)系往往是以謂詞形式表達(dá)的。當(dāng)涉及多個(gè)屬性時(shí),規(guī)則間的關(guān)系為多維關(guān)聯(lián)規(guī)則(Multidimensional Association Rule)。維修資源配置規(guī)則一般是多維關(guān)聯(lián)規(guī)則。

設(shè)I=i,i,…,i是項(xiàng)的集合;設(shè)與維修任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)D是維修信息數(shù)據(jù)庫事務(wù)的集合,其中每個(gè)維修事務(wù)T是項(xiàng)的集合,使得T?哿I;每一個(gè)維修事務(wù)有一個(gè)標(biāo)識(shí)符,稱為TID;設(shè)A是一個(gè)項(xiàng)集,維修事務(wù)T包含A,即A?哿T。將關(guān)聯(lián)規(guī)則寫成A?圯B的蘊(yùn)涵式,其中A?奐B,B?奐I,并且A∩B=?漬。規(guī)則A?圯B在維修事務(wù)集D中成立,具有支持度S,其中S是D中維修事務(wù)A∪B的百分比,其概率為PA∪B。規(guī)則A?圯B在維修事務(wù)D中具有置信度c,如果D中包含A的維修事務(wù)同時(shí)也包含B的百分比是c,則其條件概率為PB|A。同時(shí)滿足最小支持度閥值和最小置信度閥值的規(guī)則稱為強(qiáng)規(guī)則。如果項(xiàng)集滿足最小支持度,則稱其為頻繁項(xiàng)集(Frequent Item Set)。

按以上說明,對(duì)于維修資源元素關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘過程可表示如下:

(1)找出所有頻繁項(xiàng)集;

(2)由頻繁項(xiàng)集產(chǎn)生強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則。

生成的關(guān)聯(lián)規(guī)則可以用于優(yōu)化維修資源配比,也可在對(duì)大型復(fù)雜裝備系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)時(shí)提供重要的參考信息。

3維修資源群決策的可靠度

考慮到被維護(hù)系統(tǒng)的分散性以及對(duì)保障系統(tǒng)分而治之的維修管理策略,對(duì)于保障系統(tǒng)的維修資源決策應(yīng)采用群體決策的方式。群決策體系的可靠度評(píng)估將是前期對(duì)設(shè)備和產(chǎn)品可靠度估計(jì)結(jié)果的延續(xù)。如果群決策的可靠度達(dá)不到要求,將會(huì)使前期對(duì)設(shè)備和產(chǎn)品可靠度的評(píng)估前功盡棄。因此,有必要對(duì)群決策的可靠度進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。

群決策系統(tǒng)由群體成員(包括人類專家和專家系統(tǒng))和決策準(zhǔn)則兩部分組成,群體準(zhǔn)則是構(gòu)成群體成員拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。成員數(shù)為n的子系統(tǒng)與決策準(zhǔn)則選擇器的串聯(lián)系統(tǒng)組成群決策系統(tǒng),以隨機(jī)數(shù)X表示每一子系統(tǒng)能否完成正確的資源配置決策。若n個(gè)子系統(tǒng)中有k個(gè)子系統(tǒng)正常工作,則系統(tǒng)能正常完成決策任務(wù),則群決策系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)為[4-5]:

φx,x,…,x=

設(shè)P為決策成員i的決策可靠度,則群決策系統(tǒng)的可靠度則為:

R=Pφx,x,…,x=1×PX=1=Px≥k×P

假設(shè)各子系統(tǒng)的決策能力相當(dāng),則有P=P=…=P=P,則n中取k表決系統(tǒng)具有參數(shù)n與p的二項(xiàng)式分布為:

R=PCP1-P

值得注意的是,在群體成員決策過程中,若成員A與B存在相關(guān)時(shí),PAB將可能發(fā)生增大現(xiàn)象。這有可能導(dǎo)致決策結(jié)果被某些影響大的成員控制的可能,從而出現(xiàn)維修資源分配不均的情況,其直接后果就是維修成本的大幅上升。我們?cè)趯?shí)際操作時(shí)采用了德爾菲法消除各子系統(tǒng)相互影響而造成的不良后果。

4結(jié)束語

為了提高對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的維修保障能力,對(duì)維修需求與維修資源間的匹配狀態(tài)進(jìn)行分析極為重要。對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的各個(gè)部分都進(jìn)行細(xì)致深入的狀態(tài)分析是不可能的,也沒有必要。態(tài)勢(shì)分析法從全局層面上快速進(jìn)行維修需求/維修資源狀態(tài)匹配分析,對(duì)提高維修保障能力有重要指導(dǎo)意義。

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